Coses que actualment són invisibles

Les coses que la ciència coneix i veu són només una petita part del que probablement existeix. Per descomptat, la ciència i la tecnologia no haurien de prendre "visió" literalment. Tot i que els nostres ulls no els poden veure, la ciència fa temps que és capaç de "veure" coses com l'aire i l'oxigen que conté, les ones de ràdio, la llum ultraviolada, la radiació infraroja i els àtoms.

També ho veiem en cert sentit antimatèriaquan interacciona violentament amb la matèria ordinària, i això en general és un problema més difícil, perquè tot i que ho veiem en els efectes de la interacció, en un sentit més holístic, com a vibracions, ens va ser esquivant fins al 2015.

Tanmateix, encara, en cert sentit, no "veiem" la gravetat, perquè encara no hem descobert un únic portador d'aquesta interacció (és a dir, per exemple, una partícula hipotètica anomenada gravitó). Val la pena esmentar aquí que hi ha una certa analogia entre la història de la gravetat i .

Veiem l'acció d'aquest últim, però no l'observem directament, no sabem en què consisteix. Tanmateix, hi ha una diferència fonamental entre aquests fenòmens "invisibles". Ningú ha qüestionat mai la gravetat. Però amb la matèria fosca (1) és diferent.

Com g energia foscaque es diu que conté fins i tot més que matèria fosca. La seva existència es va inferir com una hipòtesi basada en el comportament de l'univers en el seu conjunt. "Veure" és probable que sigui encara més difícil que la matèria fosca, encara que només sigui perquè la nostra experiència comuna ens ensenya que l'energia, per la seva pròpia naturalesa, segueix sent una cosa menys accessible als sentits (i instruments d'observació) que la matèria.

Segons les suposicions modernes, ambdues fosques haurien de representar el 96% del seu contingut.

Així, de fet, fins i tot l'univers en si és gairebé invisible per a nosaltres, sense oblidar que quan es tracta dels seus límits, només coneixem aquells que estan determinats per l'observació humana, i no aquells que serien els seus veritables extrems, si existeixen. en absolut.

Alguna cosa ens està tirant juntament amb tota la galàxia

La invisibilitat d'algunes coses a l'espai pot ser esgarrifosa, com ara el fet que 100 galàxies veïnes es desplacen constantment cap a un punt misteriós de l'univers conegut com a Gran atractiu. Aquesta regió es troba a uns 220 milions d'anys llum de distància i els científics l'anomenen una anomalia gravitatòria. Es creu que el Gran Atractor té una massa de quadrilions de sols.

Comencem pel fet que s'està expandint. Això passa des del Big Bang, i la velocitat actual d'aquest procés s'estima en 2,2 milions de quilòmetres per hora. Això vol dir que la nostra galàxia i la seva veïna galàxia Andròmeda també s'han de moure a aquesta velocitat, oi? No realment.

Als anys 70 vam crear mapes detallats de l'espai exterior. Fons de microones (CMB) Univers i vam notar que un costat de la Via Làctia és més càlid que l'altre. La diferència era de menys d'una centèsima de grau centígrad, però ens va bastar per entendre que ens movíem a una velocitat de 600 km per segon cap a la constel·lació del Centaure.

Uns anys més tard, vam descobrir que no només nosaltres, sinó tothom a cent milions d'anys llum de nosaltres ens movíem en la mateixa direcció. Només hi ha una cosa que pot resistir l'expansió a distàncies tan grans, i és la gravetat.

Andròmeda, per exemple, s'ha d'allunyar de nosaltres, però d'aquí a 4 milions d'anys haurem de... xocar-hi. Una massa suficient pot resistir l'expansió. Al principi, els científics van pensar que aquesta velocitat es devia a la nostra ubicació als afores de l'anomenat Supercúmul Local.

Per què ens costa tant veure aquest misteriós Gran Atractor? Malauradament, aquesta és la nostra pròpia galàxia, que ens bloqueja la vista. A través del cinturó de la Via Làctia, no podem veure al voltant del 20% de l'univers. Succeeix que va exactament on és el Gran Atractor. Teòricament és possible penetrar aquest vel amb observacions de raigs X i infrarojos, però això no dóna una imatge clara.

Malgrat aquestes dificultats, es va trobar que en una regió del Gran Atractor, a una distància de 150 milions d'anys llum, hi ha una galàctica. Clúster Norma. Darrere hi ha un supercúmul encara més massiu, a 650 milions d'anys llum de distància, que conté una massa de 10. galàxia, un dels objectes més grans de l'univers que coneixem.

Per tant, els científics suggereixen que el Gran Atractor centre de gravetat molts supercúmuls de galàxies, inclosa la nostra: uns 100 objectes en total, com la Via Làctia. També hi ha teories que es tracta d'una col·lecció enorme d'energia fosca o d'una àrea d'alta densitat amb una gran atracció gravitatòria.

Alguns investigadors creuen que això és només un pregust de l'últim... final de l'univers. La Gran Depressió significarà que l'univers s'engrossirà en uns quants bilions d'anys, quan l'expansió s'alentiri i comenci a revertir-se. Amb el temps, això portaria a un supermassiu que es menjaria de tot, inclòs ell mateix.

Tanmateix, com assenyalen els científics, l'expansió de l'Univers acabarà derrotant el poder del Gran Atractor. La nostra velocitat cap a ella és només una cinquena part de la velocitat a la qual s'expandeix tot. La vasta estructura local de Laniakea (2) de la qual formem part algun dia s'haurà de dissipar, igual que moltes altres entitats còsmiques.

La cinquena força de la natura

Una cosa que no podem veure, però que s'ha sospitat seriosament en els últims temps, és l'anomenat cinquè impacte.

El descobriment del que s'informa als mitjans implica especulacions sobre una hipotètica partícula nova amb un nom intrigant. X17pot ajudar a explicar el misteri de la matèria fosca i l'energia fosca.

Es coneixen quatre interaccions: la gravetat, l'electromagnetisme, les interaccions atòmiques fortes i febles. L'impacte de les quatre forces conegudes sobre la matèria, des del microregne dels àtoms fins a l'escala colossal de les galàxies, està ben documentat i en la majoria dels casos comprensible. Tanmateix, si teniu en compte que aproximadament el 96% de la massa del nostre univers està format per coses obscures i inexplicables anomenades matèria fosca i energia fosca, no és d'estranyar que els científics hagin sospitat des de fa temps que aquestes quatre interaccions no representen tot el cosmos. . continua.

Un intent de descriure una nova força, l'autor de la qual és un equip liderat per Atila Krasnagorskaya (3), la física de l'Institut d'Investigació Nuclear (ATOMKI) de l'Acadèmia Hongaresa de Ciències, de la qual vam saber parlar la tardor passada, no va ser el primer indici de l'existència d'interaccions misterioses.

Els mateixos científics van escriure per primera vegada sobre la "cinquena força" l'any 2016, després de realitzar un experiment per convertir els protons en isòtops, que són variants d'elements químics. Els investigadors van veure com els protons convertien un isòtop conegut com liti-7 en un tipus d'àtom inestable anomenat beril·li-8.

3. Prof. Attila Krasnohorkai (dreta)

Quan el beril·li-8 es va desintegrar, es van formar parells d'electrons i positrons, que es van repel·lir els uns als altres, fent que les partícules volien cap a fora en angle. L'equip esperava veure una correlació entre l'energia lluminosa emesa durant el procés de desintegració i els angles en què les partícules es separen. En canvi, els electrons i els positrons es van desviar 140 graus gairebé set vegades més sovint del que van predir els seus models, un resultat inesperat.

"Tot el nostre coneixement sobre el món visible es pot descriure mitjançant l'anomenat model estàndard de física de partícules", escriu Krasnagorkay. "No obstant això, no proporciona partícules més pesades que un electró i més lleugeres que un muó, que és 207 vegades més pesada que un electró. Si trobem una partícula nova a la finestra de massa anterior, això indicaria una nova interacció no inclosa al model estàndard".

El misteriós objecte rep el nom de X17 a causa de la seva massa estimada de 17 megaelectronvolts (MeV), unes 34 vegades la d'un electró. Els investigadors van observar la descomposició del triti en heli-4 i van tornar a observar una estranya descàrrega diagonal, que indicava una partícula amb una massa d'uns 17 MeV.

"El fotó media la força electromagnètica, el gluó media la força forta i els bosons W i Z medien la força feble", va explicar Krasnahorkai.

"La nostra partícula X17 ha de mediar una nova interacció, la cinquena. El nou resultat redueix la probabilitat que el primer experiment sigui només una coincidència o que els resultats hagin causat un error del sistema".

Matèria fosca sota els peus

Des del gran Univers, des del vague regne dels enigmes i misteris de la gran física, tornem a la Terra. Aquí ens trobem davant d'un problema força sorprenent... de veure i representar amb precisió tot el que hi ha dins (4).

Fa uns anys vam escriure a MT sobre el misteri del nucli de la terraque una paradoxa està relacionada amb la seva creació i no se sap exactament quina és la seva naturalesa i estructura. Tenim mètodes com ara provar amb ones sísmiques, també va aconseguir desenvolupar un model de l'estructura interna de la Terra, per al qual hi ha acord científic.

però en comparació amb les estrelles i les galàxies llunyanes, per exemple, la nostra comprensió del que hi ha sota els nostres peus és feble. Els objectes espacials, fins i tot els molt llunyans, simplement veiem. No es pot dir el mateix del nucli, de les capes del mantell o fins i tot de les capes més profundes de l'escorça terrestre..

Només es disposa de la recerca més directa. Les valls de muntanya exposen roques de fins a diversos quilòmetres de profunditat. Els pous d'exploració més profunds s'estenen a una profunditat de poc més de 12 km.

La informació sobre roques i minerals que en construeixen de més profunds la proporcionen els xenòlits, és a dir. fragments de roques arrancades i arrabassades de les entranyes de la Terra com a conseqüència de processos volcànics. Sobre la seva base, els petròlegs poden determinar la composició dels minerals a una profunditat de diversos centenars de quilòmetres.

El radi de la Terra és de 6371 km, la qual cosa no és un camí fàcil per a tots els nostres "infiltrats". A causa de l'enorme pressió i temperatura que arriba als 5 graus centígrads, és difícil esperar que l'interior més profund es torni accessible per a l'observació directa en un futur previsible.

Llavors, com sabem el que sabem sobre l'estructura de l'interior de la Terra? Aquesta informació la proporcionen les ones sísmiques generades pels terratrèmols, és a dir. ones elàstiques que es propaguen en un medi elàstic.

Reben el seu nom pel fet que són generats per cops. Dos tipus d'ones elàstiques (sísmiques) es poden propagar en un medi elàstic (muntanyós): més ràpid - longitudinal i més lenta - transversal. Els primers són oscil·lacions del medi que es produeixen al llarg de la direcció de propagació de l'ona, mentre que en les oscil·lacions transversals del medi es produeixen perpendiculars a la direcció de propagació de l'ona.

Les ones longitudinals es registren primer (lat. primae), i les ones transversals es registren en segon lloc (lat. secundae), d'aquí el seu marcatge tradicional en sismologia: ones longitudinals p i transversals s. Les ones P són aproximadament 1,73 vegades més ràpides que s.

La informació que proporcionen les ones sísmiques permet construir un model de l'interior de la Terra a partir de propietats elàstiques. Podem definir altres propietats físiques en funció de camp gravitatori (densitat, pressió), observació corrents magnetotel·lúrics generats al mantell terrestre (distribució de la conductivitat elèctrica) o descomposició del flux de calor terrestre.

La composició petrològica es pot determinar mitjançant la comparació amb estudis de laboratori de les propietats de minerals i roques en condicions d'altes pressions i temperatures.

La terra irradia calor, i no se sap d'on prové. Recentment, ha sorgit una nova teoria relacionada amb les partícules elementals més esquives. Es creu que la natura pot proporcionar pistes importants sobre el misteri de la calor irradiada des del nostre planeta. neutrins - partícules de massa extremadament petita - emeses per processos radioactius que tenen lloc a les entranyes de la Terra.

Les principals fonts de radioactivitat conegudes són el tori i el potassi inestables, com sabem a partir de mostres de roques fins a 200 km per sota de la superfície terrestre. El que hi ha més profund ja és desconegut.

Ho sabem geoneutrí les emeses durant la desintegració de l'urani tenen més energia que les emeses durant la desintegració del potassi. Així, mesurant l'energia dels geoneutrins, podem esbrinar de quin material radioactiu provenen.

Malauradament, els geoneutrins són molt difícils de detectar. Per tant, la seva primera observació l'any 2003 va requerir un enorme detector subterrani ple d'aprox. tones de líquid. Aquests detectors mesuren neutrins detectant col·lisions amb àtoms en un líquid.

Des d'aleshores, només s'han observat geoneutrins en un experiment amb aquesta tecnologia (5). Les dues mesures ho demostren Aproximadament la meitat de la calor de la Terra a partir de la radioactivitat (20 terawatts) es pot explicar per la desintegració de l'urani i el tori. La font del 50% restant... encara no se sap què.

5. Model de mapa de la intensitat de les emissions de geoneutrins a la Terra - previsions

El juliol de 2017 es va iniciar la construcció de l'edifici, també conegut com DUNEestà previst que finalitzi al voltant del 2024. La instal·lació estarà situada a gairebé 1,5 km sota terra a l'antiga Homestack, Dakota del Sud.

Els científics planegen utilitzar DUNE per respondre les preguntes més importants de la física moderna estudiant acuradament els neutrins, una de les partícules fonamentals menys enteses.

L'agost de 2017, un equip internacional de científics va publicar un article a la revista Physical Review D que proposava un ús força innovador de DUNE com a escàner per estudiar l'interior de la Terra. A les ones sísmiques i als sondeigs s'afegiria un nou mètode d'estudi de l'interior del planeta que, potser, ens mostraria una imatge completament nova. Tanmateix, això és només una idea de moment.

Des de la matèria fosca còsmica, vam arribar a l'interior del nostre planeta, no menys fosc per a nosaltres. i la impenetrabilitat d'aquestes coses és desconcertant, però no tant com l'angoixa que no veiem tots els objectes que estan relativament a prop de la Terra, especialment els que estan en el camí de la col·lisió amb ella.

No obstant això, aquest és un tema lleugerament diferent, que recentment hem comentat amb detall a MT. La nostra voluntat de desenvolupar mètodes d'observació està plenament justificada en tots els contextos.